JP5090430B2 - 低誘電率膜の堆積処理方法、基板処理システム、デュアルダマシン構造の形成方法、およびデュアルダマシン構造 - Google Patents

低誘電率膜の堆積処理方法、基板処理システム、デュアルダマシン構造の形成方法、およびデュアルダマシン構造 Download PDF

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Description

発明の属する技術分野
本発明は、集積回路の製造に関する。さらに詳しくは、本発明は、基板上に誘電体層を堆積するための方法および装置に関する。
従来の技術
近年の主な半導体デバイス製造工程のうち、ガスを化学的に反応させて基板上に金属膜および誘電体膜を形成する工程がある。このような堆積プロセスは、化学気相成長もしくはＣＶＤと呼ばれている。従来の熱ＣＶＤプロセスでは、反応ガスを基板表面に供給して、熱を誘導して化学反応を起こし、所望の膜を形成している。高温で動作させる熱ＣＶＤプロセスもあるため、この高温により事前に基板に形成されていた層を有するデバイス構造にダメージを与える可能性がある。比較的低温で金属および誘電体膜を堆積する好適な方法は、「酸化物シリコンを堆積するためにＴＥＯＳを用いるプラズマ強化形ＣＶＤプロセス（Ｐｌａｓｍａ−ＥｎｈａｎｃｅｄＣＶＤ ＰｒｏｃｅｓｓＵｓｉｎｇ ＴＥＯＳｆｏｒ ＤｅｐｏｓｉｔｉｎｇＳｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ）」と題した米国特許第５，３６２，５２６号公報に記載されているようなプラズマ強化形ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プロセス技術であり、この公報の内容全体は参照により本願明細書に引用したものとする。このプラズマ強化形ＣＶＤ技術を用いると、高周波（ＲＦ）エネルギーを基板表面付近の反応ゾーンに印加することで反応ガスを励起および／または分離しやすくなり、高度の反応性種のプラズマを形成することができる。このように種を分離させることで高反応性が得られると、化学反応を起こすさいに必要なエネルギー量も減少でき、ＰＥＣＶＤプロセスに必要な温度を低下させることになる。
半導体デバイスは、数十年前に最初に導入されて以来、その外形サイズが劇的に減少している。導入以来、集積回路は一般的に２年／０．５倍サイズルール（ムーアの法則としばしば呼ばれる）に従ってきており、言い換えれば、チップ上に載せるデバイス数が２年毎に２倍になっているということである。今日の製造プラントでは、０．３５μｍ、さらには０．１８μｍの特徴サイズのデバイスを日常的に生産しているが、近い将来、外形サイズがさらに小さいデバイスが製造プラントで生産されることになるであろう。
集積回路上のデバイスサイズをさらに小型化するためには、抵抗率が低い値の導電材料とｋ（誘電率＜４．０）が低い値の絶縁体を用いて、隣接する金属ライン同士の静電結合を弱める必要がある。国際特許公開第ＷＯ９４／０１８８５号に記載されているように、導電材料と絶縁体との間にライナ／バリヤ層が使用されて、導電材料への水蒸気などの副生成物が拡散されないようにされてきた。例えば、低ｋ絶縁体の形成中に水蒸気が発生する場合、この水蒸気が導電性の金属表面に容易に拡散して、この導電性の金属表面の抵抗率を上げてしまう。従来のシリコン酸化物材料またはシリコン窒化物材料から形成されたバリヤ／ライナ層は、副生成物の拡散を防ぐ効果がある。しかしながら、バリヤ／ライナ層の誘電率は、通常、４．０よりもかなり大きいものであり、誘電率が高いと、あまり誘電率を下げない組合せ絶縁体を生じることになる。
図１Ａは、国際特許公開第ＷＯ９４／０１８８５号公報に記載されているように、バリヤ／ライナ層を堆積するためのＰＥＣＶＤプロセスを示している。ＰＥＣＶＤプロセスは、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）ライナ層２が、基板４上に形成された金属ライン３を有するパターン化された金属層上に最初に堆積される複合誘電体層を堆積する。このライナ層２は、３００℃でシラン（ＳｉＨ4）と亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）をプラズマを強化して反応させることによって堆積される。次いで、シラン化合物と過酸化化合物を反応させて、ライナ層２上に自己平坦化低ｋ誘電体層５が堆積される。自己平坦化層５は硬化により取り出された水分を保持する。ライナ層２は、少なくとも誘電率が４．５になるように堆積される場合のバリヤ特性が有効な酸化シラン膜である。酸化シラン膜の誘電率は、膜の水分バリヤ特性を下げるようにプロセス条件を変えることによって、約４．１まで下げることが可能である。ＳｉＮなどの従来のライナ層の誘電率はさらに高く、低ｋ誘電体層と高ｋ誘電体ライナ層とを組み合わせても、全体のスタックの誘電率および静電結合がほとんど改善されないか、もしくはまったく改善されない。
図１Ｂに示されているように、国際特許公開第ＷＯ９４／０１８８５号公報には、シランとＮ2Ｏを反応させることによって、低ｋ誘電体層５上に堆積させた任意のＳｉＯ2キャップ層６が示されている。キャップ層６も、誘電率が約４．５になるように堆積される場合のバリヤ特性が良好な酸化シラン膜を有する。これらのライナ層２とキャップ層６の誘電率が共に４．５を超えるものであり、誘電率が高い層では実質的に、低ｋ誘電体層５の利点が得られない。
デバイスの小型化が進むにつれ、ライナ層とキャップ層の誘電率が高いと、複合誘電体層の全体的な誘電率を上げてしまうことになる。さらに、周知の低ｋ誘電体材料は、一般に、バイアおよび／または配線をエッチングする間、エッチングストップ層として作用するには酸化物の含量が不十分な少量しかない。シリコン窒化物は、低ｋ誘電体材料に配線を形成するための良好なエッチングストップ材料であった。しかしながら、シリコン窒化物は、その周辺にある低ｋ誘電体層と比較すると誘電率が比較的高い（誘電率が約７）ものである。また、シリコン窒化物は、他の低ｋ誘電体材料が主要絶縁層として使用されている場合でさえ、配線間の静電結合をかなり高めてしまうこともある。これにより、クロストークおよび／または抵抗容量（ＲＣ）遅延が生じ、デバイス全体の特性を劣化させてしまうことがある。
ライナ層として使用するための良好なバリヤ特性と、エッチングストップとして使用するための十分な酸化物含有量を兼ね備えた低ｋ誘電体層が確認され、既存の低ｋ誘電体材料と同じチャンバ内で堆積されることが理想的である。このようなバリヤ層であれば、誘電体層の全体の誘電率が上がらず、さらにこのようなエッチングストップ層は、下地層をエッチングした後に除去される必要がない。
米国特許第５，５５４，５７０号公報には、シランの代わりにＣ−Ｈ基を有するオルガノシランを酸化して、堆積膜の密度を上げ、層間の密着性を高めるように熱ＣＶＤシリコン酸化物を用いたバリヤ層が記載されている。例えば、オルガノシリコンとＮ2ＯまたはＯ2から形成したＰＥＣＶＤシリコン酸化物膜間に、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）とオゾンから形成した熱ＣＶＤ層が堆積されてもよい。
前述の‘５７０特許に記載されているバリヤ層は、炭素含有量が低い高密度シリコン酸化物層であることが好ましいとされている。膜応力を高めるには低周波数ＲＦ電力が用いられるが、この高密度層は、４００Ｗの高周波ＲＦ電力を用いて堆積される。バリヤ層は、アルコキシシランまたは塩化アルキルシランおよびＮ2Ｏから形成されて、炭素含有量を低減させ、さらに層の密度を増大させることが好ましい。
前述の‘５７０特許では、誘電率が低いバリヤ層を形成するためのプロセス条件や、酸化物含量が少ないエッチングストップ層を形成するためのプロセス条件が確認されていない。また、前述の‘５７０特許では、低ｋ誘電体層に隣接するバリヤ層またはエッチングストップとして、前述した層を使用する提言もなされていない。
サブミクロンデバイスにおいて、バリヤ層またはエッチングストップ層として用いるために、低誘電率、良好なバリヤ特性および高酸化物含有量の誘電体層が求められている。
本発明は、誘電率が低いシリコン酸化物層を堆積するための方法および装置を提供する。ＲＦまたはマイクロ波電力を用いて反応性酸素原子を発生させ、オルガノシラン、オルガノシロキサン、またはそれらの組合せからプラズマアシスト化学気相成長を行って、シリコン酸化物層が形成される。シリコン酸化物層の特性は、プロセスを変動させることによって容易に制御され、デュアルダマシンプロセスに示されるように、１つの堆積チャンバで異なる層を堆積させることができる。さらに、シリコン酸化物層は、異なる層間の接着層として使用されるか、もしくは金属間誘電体層として使用可能である。亜酸化窒素、Ｎ2Ｏと、メチルシラン、ＣＨ3ＳｉＨ3、ジメチルシラン、（ＣＨ3）2ＳｉＨ2、もしくは１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、（ＣＨ3）2−ＳｉＨ−Ｏ−ＳｉＨ−（ＣＨ3）2などのＳｉ−Ｈ結合を含むシリコン化合物を反応させて、好適なシリコン酸化物層が形成される。
シリコン酸化物は、低圧高温で硬化されて特性を安定化させる。シリコン酸化物層は、堆積チャンバに別々にＲＦ電力を印加して、堆積された層の多孔率を高めて形成されることが最も好ましい。約１０Ｔｏｒｒよりも低いチャンバ圧力で、低レベルのＲＦ電力を使用することが好ましい。マイクロ波電力は、堆積チャンバ内でのパワーレベルを増大させることなく、分離チャンバに酸化ガスを供給して反応性酸化剤の形成を制御することが好ましい。
好適な実施形態では、Ｓｉ−Ｈ結合を含む１以上のオルガノシランおよび／またはオルガノシロキサン化合物をプラズマアシスト反応させて、パターン化させた金属層上に、シリコン酸化物層が堆積される。
本発明のシリコン酸化物は、配線間の静電結合を弱めて、１つの堆積チャンバで高信頼性のデュアルダマシン構造を製造する集積プロセスにおいてさらに有効である。好適な実施形態では、炭素含有量が約２０原子量％よりも多い低ｋ誘電体膜が、バイアレベルの誘電体層として堆積される。次いで、炭素含有量が約１０原子量％よりも少ない低ｋ誘電体膜が、高炭素含有量層上に堆積されて、トレンチレベルの誘電体層を形成する。次いで、デュアルダマシンエッチングによりトレンチレベルの誘電体層でトレンチが形成され、バイアレベルの誘電体層で停止する。バイアレベルの誘電体層にあるバイアをエッチングした後、上面が平坦化されて、トレンチレベルの誘電体層上に平坦面が残る。
本発明は、シリコン酸化物やシリコン窒化物などの従来のエッチングストップ上に堆積されるシリコン酸化物からなる金属間誘電体材料（ＩＭＤ）をさらに提供する。また、シリコン酸化物は、薄膜の接着層として堆積されてもよい。
上記に簡潔に概略を述べたように、上述した本発明の特徴、利点および目的が、本発明の詳細かつより特定の記載において得られ、かつ理解されたように、添付の図面において説明される本発明の実施形態を参照することによってなされる。
しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示すものであり、したがって本発明の請求の範囲を限定するものではなく、他の同等の有効な実施形態にも適用してもよいものであることに留意されたい。本発明をさらに理解するために、より詳細な以下の記載を参照されたい。
当業者の周知のプロセスによる基板上に堆積された誘電体層の概略図である。 当業者の周知のプロセスによる基板上に堆積された誘電体層の概略図である。 本発明により使用するために構成された例示的ＣＶＤプラズマリアクタの断面図である。 図２のＣＶＤプラズマリアクタのシステムモニタを示す概略図である。 図２の例示的ＣＶＤプラズマリアクタと共に用いられるプロセス制御コンピュータプログラムプロダクトのフローチャートである。 本発明の一実施形態によるギャップ充填プロセスにおけるライナおよびキャップ層を堆積するさいにとる工程を示すフローチャートである。 図５のプロセスにより基板上に堆積された層の概略図である。 図５のプロセスにより基板上に堆積された層の概略図である。 図５のプロセスにより基板上に堆積された層の概略図である。 図５のプロセスにより基板上に堆積された層の概略図である。 図５のプロセスにより基板上に堆積された層の概略図である。 本発明のシリコン酸化物層からなるデュアルダマシン構造を示す断面図である。 本発明のデュアルダマシン堆積シーケンスの一実施形態を示す断面図である。 本発明のデュアルダマシン堆積シーケンスの一実施形態を示す断面図である。 本発明のデュアルダマシン堆積シーケンスの一実施形態を示す断面図である。 本発明のデュアルダマシン堆積シーケンスの一実施形態を示す断面図である。 本発明のデュアルダマシン堆積シーケンスの一実施形態を示す断面図である。 本発明のデュアルダマシン堆積シーケンスの一実施形態を示す断面図である。 本発明のデュアルダマシン堆積シーケンスの一実施形態を示す断面図である。 本発明のデュアルダマシン堆積シーケンスの一実施形態を示す断面図である。 プレメタル誘電体層と金属間誘電体層との間にある本発明のシリコン酸化物層からなる接着層を示す断面図である。 本発明のシリコン酸化物を使用して、金属間誘電体膜を従来のエッチングストップに密着させたデュアルダマンシン堆積シーケンスを示す断面図である。 本発明のシリコン酸化物を使用して、金属間誘電体膜を従来のエッチングストップに密着させたデュアルダマンシン堆積シーケンスを示す断面図である。 本発明のシリコン酸化物を使用して、金属間誘電体膜を従来のエッチングストップに密着させたデュアルダマンシン堆積シーケンスを示す断面図である。 本発明のシリコン酸化物を使用して、金属間誘電体膜を従来のエッチングストップに密着させたデュアルダマンシン堆積シーケンスを示す断面図である。 本発明のシリコン酸化物を使用して、金属間誘電体膜を従来のエッチングストップに密着させたデュアルダマンシン堆積シーケンスを示す断面図である。 本発明のシリコン酸化物を使用して、金属間誘電体膜を従来のエッチングストップに密着させたデュアルダマンシン堆積シーケンスを示す断面図である。 本発明のシリコン酸化物を使用して、金属間誘電体膜を従来のエッチングストップに密着させたデュアルダマンシン堆積シーケンスを示す断面図である。 本発明のシリコン酸化物を使用して、金属間誘電体膜を従来のエッチングストップに密着させたデュアルダマンシン堆積シーケンスを示す断面図である。 本発明のシリコン酸化物を使用して従来のエッチングストップを排除した集積されたデュアルダマシン堆積シーケンスを示す断面図である。 本発明のシリコン酸化物を使用して従来のエッチングストップを排除した集積されたデュアルダマシン堆積シーケンスを示す断面図である。 本発明のシリコン酸化物を使用して従来のエッチングストップを排除した集積されたデュアルダマシン堆積シーケンスを示す断面図である。 本発明のシリコン酸化物を使用して従来のエッチングストップを排除した集積されたデュアルダマシン堆積シーケンスを示す断面図である。
本発明は、低誘電率、高酸化物含量およびバリヤ特性を備えるのに十分な炭素含有量を有するシリコン酸化物層を堆積するための方法および装置を提供する。シリコン酸化物層は、酸化されたオルガノシランまたはオルガノシロキサンからなり、他の誘電体材料に隣接するライニング層、酸化物含有量が少ない誘電体材料に隣接するエッチングストップ層、金属間誘電体層、および異なる材料間の接着層として使用可能である。酸化オルガノシラン材料は、約１０Ｗから約２００Ｗの一定のＲＦ電力か、もしくは約２０Ｗから約５００ＷのパルスＲＦ電力を用いて、オルガノシランまたはオルガノシロキサンをプラズマアシスト酸化することによって堆積される。また、シリコン酸化物は、チャンバを取り替えたり冷却時間を設けるなど、定期的に中断させて堆積され、多孔率を高めることもある。ＲＦ電力は、１３ＭＨｚから１４ＭＨｚなどの高周波数で設けられることが好ましい。ＲＦ電力は、約２００Ｈｚよりも低いサイクルの一定レベルで電力がオンになり、オン状態の全サイクルが全デューティサイクルの約１０％から約３０％である短期サイクルで用いられることが好ましい。断続的ＲＦ電力が、より高い最高出力レベルで動作でき、より低い出力レベルで一定のＲＦ電力と同じ全電力入力を提供する。
シリコン酸化物層に残る炭素は、低誘電率とバリヤ特性に寄与する。残留炭素は、約１原子量％から約５０原子量％であり、十分なＣ−Ｈ結合またはＣ−Ｆ結合を含むことが好ましく、疎水性をシリコン酸化物層に与えることによって、誘電率をかなり低下させ水分バリヤ特性を高めることが好ましい。
シリコン酸化物層は、処理条件で酸化させることによって容易に除去されない有機基に炭素を含むシリコン化合物から形成される。−Ｃ−Ｈ結合は、アルキル基またはアリール基、もしくはそれらのフッ化炭素誘導体などに含まれることが好ましい。また、適切な有機基は、アルケニル基およびシクロヘキセニル基および機能誘導体を含むことも可能である。オルガノシリコン化合物は、以下のものを含む。
メチルシラン CH3-SiH3
ジメチルシラン (CH3)2-SiH2
トリメチルシラン (CH3)3-SiH
ジメチルシランジオール (CH3)2-Si-(OH)2
エチルシラン CH3-CH2-SiH3
フェニルシラン C6H5-SiH3
ジフェニルシラン (C6H5)2-SiH2
ジフェニルシランジオール (C6H5)2-Si-(OH)3
メチルフェニルシラン C6H5-SiH2-CH3
ジシラノメタン SiH3-CH2-SiH3
ビス(メチルシラノ)メタン CH3-SiH2-CH2-SiH2-CH3
1,2-ジシラノエタン SiH3-CH2-CH2-SiH3
1,2-ビス(メチルシラノ)エタン CH3-SiH2-CH2-CH2-SiH2-CH3
2,2-ジシラノプロパン SiH3-C(CH3)2-SiH3
1,3,5-トリシラノー2,4,6-トリメチレン -(-SiH2CH2-)3-(環状)
1,3-ジメチルジシロキサン CH3-SiH2-O-SiH2-CH3
1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン (CH3)2-SiH-O-SiH-(CH3)2
ヘキサメチルジシロキサン (CH3)3-Si-O-Si-(CH3)3
1,3-ビス(シラノメチレン) ジシロキサン (SiH3-CH2-SiH2-)2-O
ビス(1-メチルジシロキサニル)メタン (CH3-SiH2-O-SiH2-)2-CH2
2,2-ビス(1-メチルジシロキサニル) プロパン (CH3-SiH2-O-SiH2-)2-C(CH3)2
2,4,6,8-テトラメチルシクロテトラシロキサン -(-SiHCH3-O-)4-(環状)
オクタメチルシクロテトラシロキサン -(-Si(CH3)2-O-)4-(環状)
2,4,6,8,10-ペンタメチルシクロペンタシロキサン -(-SiHCH3-O-)5-(環状)
1,3,5,7-テトラシラノ-2,6-ジオキシ-4,8-ジ -(-SiH2-CH2-SiH2-O-)2-(環状)
メチレン2,4,6-トリシランテトラヒドロピラン -SiH2-CH2-SiH2-CH2-SiHO2-O-(環状)
2,5-ジシランテトラヒドロフラン -SiH2-CH2-CH2-SiH2-O-(環状)
オルガノシリコン化合物は、酸素（Ｏ2）か、もしくは亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）、オゾン（Ｏ3）、二酸化炭素（ＣＯ2）および水（Ｈ2Ｏ）、好ましくはＮ2Ｏなどの酸素含有化合物と反応させて堆積中に酸化させ、堆積膜の炭素含有量が１から５０原子量％、好ましくは約５から３０原子量％にする。酸化されたオルガノシリコン層の誘電率は、約３．０であり、非常に良好なバリヤ特性を有する。さらに、酸化オルガノシリコン層は、従来の低ｋ誘電体層と比較して酸化物含有量が多く、密着性も良好である。
酸素および酸素含有化合物は、堆積膜に所望の炭素含有量が必要がある場合に反応性を高めるために、解離させることが好ましい。ＲＦ電力が堆積チャンバに結合され、酸化化合物の解離を高めてもよい。また、酸化化合物は、マイクロ波チャンバで解離させた後に、堆積チャンバ内に入れ、シリコン含有化合物の過度の解離を減少させてもよい。シリコン酸化物層の堆積は、連続的または断続的のものでもよい。堆積は、単一の堆積チャンバで生じさせることが好ましいが、２以上の堆積チャンバで連続的に層を堆積させてもよい。さらに、ＲＦ電力は、基板の加熱を低減させ、堆積フィルムでの多孔率をより良好にするために、周期状またはパルスのものを用いてもよい。シリコン酸化物層を堆積している間、基板の温度は、約−２０℃から約４００℃に維持され、好ましくは約−２０℃から４０℃に維持される。
オルガノシランおよびオルガノシロキサン化合物は、以下の構造を含むのが好ましい。
Figure 0005090430
ここで、各Ｓｉは、１個または２個の炭素原子に結合され、Ｃは、有機基、好ましくは−ＣＨ3、−ＣＨ2−ＣＨ3、−ＣＨ2−、または−ＣＨ2−ＣＨ2−などのアルキル基またはアルケニル基か、それらのフッ化炭素誘導体に含まれる。フッ化誘導体にある炭素原子は、水素原子を置換するために部分的または完全にフッ素と化合させてもよい。オルガノシランまたはオルガノシロキサン化合物は、２個以上のＳｉ原子を含み、各Ｓｉは、−Ｏ−、−Ｃ−または−Ｃ−Ｃ−により別のＳｉと分離されており、ここで、Ｃは、有機基、好ましくは−ＣＨ2−、−ＣＨ2−ＣＨ2−、−ＣＨ（ＣＨ3）、または−Ｃ（ＣＨ3）2などのアルキルまたはアルケニル基か、それらのフッ化誘導体に含まれる。
好適なオルガノシランおよびオルガノシロキサン化合物は、室温に近い気体または液体であり、約１０Ｔｏｒｒを超えると蒸発する場合がある。好適なオルガノシランおよびオルガノシロキサンは、次の通りである。
メチルシラン CH3-SiH3
ジメチルシラン (CH3)2-SiH2
トリメチルシラン (CH3)3-SiH
ジシラノメタン SiH3-CH2-SiH3
ビス(メチルシラノ)メタン CH3-SiH2-CH2-SiH2-CH3
1,2-ジシラノエタン SiH3-CH2-CH2-SiH3
1,2-ビス(メチルシラノ)エタン CH3-SiH2-CH2-CH2-SiH2-CH3
2,2-ジシラノプロパン SiH3-C(CH3)2-SiH3
1,3,5-トリシラノ-2,4,6-トリメチレン -(-SiH2CH2-)3-(環状)
1,3-ジメチルジシロキサン CH3-SiH2-O-SiH2-CH3
1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン (CH3)2-SiH-O-SiH-(CH3)2
1,3-ビス(シラノメチレン) ジシロキサン (SiH3-CH2-SiH2-)2-O
ビス(1-メチルジシロキサニル)メタン (CH3-SiH2-O-SiH2-)2-CH2
2,2-ビス(1-メチルジシロキサニル) プロパン (CH3-SiH2-O-SiH2-)2-C(CH3)2
2,4,6,8,10-ペンタメチルシクロペンタシロキサン -(-SiHCH3-O-)5-(環状)
1,3,5,7-テトラシラノ-2,6-ジオキシ-4,8-ジメ -(-SiH2-CH2-SiH2-O-)2-(環状)
チレン2,4,6-トリシランテトラヒドロピラン -SiH2-CH2-SiH2-CH2-SiHO2-O-(環状)
2,5-ジシランテトラヒドロフラン -SiH2-CH2-CH2-SiH2-O-(環状)
および以下に実施例を挙げるそれらのフッ化炭素誘導体を含む。
トリフルオロメチルシランCF3-SiH3
1,2-ジシラノテトラフルオロエチレン SiH3-CF2-CF2-SiH3
1,2-ビス(トリフルオロメチルシラノ)テトラフルオロエタン CF3-SiH2-CF2-CF2-SiH2-CF3
2,2-ジシラノヘキサフルオロプロパン SiH3-C(CF3)2-SiH3
1,3-ビス(シラノジフルオロメチレン) ジシロキサン (SiH3-CF2-SiH2-)2-O
ビス(1-トリフルオロメチルジシロキサニル) ジフルオロメタン (CF3-SiH2-O-SiH2-)2-CF2
2,4,6-トリシランテトラフルオロピラン -SiH2-CF2-SiH2-CF2-SiH2-O-(環状)
2,5-ジシランテトラフルオロフラン -SiH2-CF2-CF2-SiH2-O-(環状)
オルガノシランおよびオルガノシロキサンにある炭化水素基は、部分的または完全にフッ素と化合させて、Ｃ−Ｈ結合またはＣ−Ｆ結合を転化してもよい。好適なオルガノシランおよびオルガノシロキサン化合物の多くは、市販されているものである。オルガノシランやオルガノシロキサンのうち２以上のものからなる混合物を用いてもよく、それにより、誘電率、酸化物含有量、疎水性、膜応力およびプラズマエッチング特性などのさまざまな所望の特性を兼ね備えることができる。
オルガノシランおよびオルガノシロキサン化合物は、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）を分解させて堆積プロセス中に形成される酸素とプラズマアシスト反応させることによって、堆積中に酸化させることが好ましい。亜酸化窒素は、プラズマアシストを施さなければオルガノシランまたはオルガノシロキサンとは反応せず、酸素−窒素結合は、オルガノシランとオルガノシロキサンの結合エネルギーよりも低いエネルギーで容易に分裂する。酸化された化合物は、半導体基板のパターン化層などの接触した表面に接着し、堆積膜を形成する。堆積膜は、低圧、約１００から約４５０℃の温度、好ましくは約４００℃を超える温度で硬化され、膜のバリヤ特性を安定化させる。堆積膜は、バリヤ特性を備えるのに十分な炭素含有量を有する。炭素含有量は、優れた水分バリヤ特性を有する疎水性膜となるように、Ｃ−Ｈ結合またはＣ−Ｆ結合を含むことが好ましい。
さらに、本発明は、反応ゾーン、この反応ゾーンに基板を位置付けるための基板ホルダおよび真空システムを含む容器を有する基板処理システムを提供する。処理システムは、容器の反応ゾーンをオルガノシランまたはオルガノシロキサン化合物、酸化ガスおよび不活性ガスの供給源に接続する気体／液体分配システムと、反応ゾーンでプラズマを発生させるガス分配システムに結合されたＲＦ発生器とをさらに備える。処理システムは、容器、ガス分配システムおよびＲＦ発生器を制御するコンピュータからなるコントローラと、コントローラに結合されるメモリであって、オルガノシランまたはオルガノシロキサン化合物と酸化ガスのプラズマで低誘電率膜を堆積するプロセスステップを選択するためのコンピュータ読取り可能プログラムコードからなるコンピュータ使用可能媒体からなるメモリをさらに備える。
処理システムは、一実施形態において、酸化オルガノシリコン化合物のライナを堆積させる工程と、異なる誘電体層を堆積させる工程と、さらに酸化オルガノシリコン化合物のキャップ層を任意に堆積させる工程とからなるプロセスステップを選択するためのコンピュータ読取り可能プログラムコードを備えてもよい。
さらに、本発明の記載は、本発明のシリコン酸化物層を堆積させるための特別な装置に関し、さらに好適なシリコン酸化物膜に関する。
例示的ＣＶＤプラズマリアクタ
本発明の方法を実行可能な１つの適切なＣＶＤプラズマリアクタが図２に示されており、この図は、高真空領域１５を有する平行板化学気相堆積リアクタ１０の垂直断面図である。リアクタ１０は、ガス分配マニホールド１１を含み、これによりマニホールドに貫通させた穴を介して、リフトモニタ１４により昇降させる基板支持板またはサセプタ１２上に載せた基板またはウェーハ（図示せず）にプロセスガスを分散させる。液体オルガノシランおよび／またはオルガノシロキサン化合物を射出するために、通常はＴＥＯＳの液体射出用に用いられるような液体射出システム（図示せず）が用いられてもよい。好適なメチルシランは気体である。
リアクタ１０は、抵抗加熱コイル（図示せず）または外部ランプ（図示せず）などにより、プロセスガスおよび基板を加熱することを含む。図２を参照すると、サセプタ１２は、支持ステム１３上に載置されているため、サセプタ１２（およびサセプタ１２の上面に支持されたウェーハ）は、下側装填／装填外し位置とマニホールド１１に近接させた上側処理位置との間の移動を制御される。
サセプタ１２とウェーハが処理位置１４にあるとき、これらは絶縁体１７とマニホールドへのプロセスガス排出器２４に囲まれている。処理中、マニホールド１１へガスを入れて、このガスをウェーハ表面全体に放射状に均一に分配する。絞り弁を有する真空ポンプ３２は、チャンバからのガスの排気速度を制御する。
マニホールド１１に到達する前に、堆積およびキャリヤガスをガスライン１８を介して混合システム１９内に入れ、ここで結合させてマニホールド１１へ送る。任意のマイクロ波アプリケータ２８が、酸化ガス用の入力ガスラインに配置されて、酸化ガスのみを解離させるエネルギーをさらに供給する。マイクロ波アプリケータは、０から６０００Ｗを供給する。また、一般に、プロセスガスのそれぞれのプロセスガス供給ライン１８は、（ｉ）チャンバ内へのプロセスガスの流れを自動的または手動で遮断するために使用可能な安全遮断弁（図示せず）と、（ｉｉ）ガス供給ラインを介してガスの流れを測定する質量流量コントローラ（これも図示せず）を含む。有毒ガスが処理工程で使用される場合、従来の構造の各ガス供給ライン上に遮断弁をいくつか設ける。
リアクタ１０で実行される堆積プロセスは、熱プロセスまたはプラズマ強化形プロセスのいずれかの場合がある。プラズマプロセスでは、ＲＦ電源２５から分配マニホールド１１に印加されるＲＦエネルギーにより、ウェーハの隣接付近に制御されたプラズマが形成される（サセプタ１２は接地させる）。あるいは、ＲＦ電力がサセプタ１２に供給されるか、もしくはＲＦ電力が異なる周波数で異なる構成要素に供給されてもよい。ＲＦ電源２５は、単一または混合周波数ＲＦ電力のいずれかを供給して、高真空領域１５内に導入される反応種の分解を促進させてもよい。混合周波数ＲＦ電源は、通常、１３．５６ＭＨｚの高ＲＦ周波数（ＲＦ１）で電力を分配マニホールド１１に供給し、さらに３６０ＫＨｚの低ＲＦ周波数（ＲＦ２）でサセプタ１２に供給する。本発明のシリコン酸化物層は、低レベルの一定高周波数ＲＦ電力またはパルスレベルの高周波数ＲＦ電力を用いて形成されることが最も好ましい。パルスＲＦ電力は、約２０Ｗから約５００Ｗで１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を供給することが好ましく、デューティサイクルの約１０％から約３０％で、２０Ｗから約２５０Ｗで供給されることが最も好ましい。一定ＲＦ電力は、約１０Ｗから約２００Ｗで１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力で供給されることが好ましく、約２０Ｗから約１００Ｗで供給されることがより好ましい。低電力での堆積は、約−２０℃から約４０℃の温度範囲で生じさせることが好ましい。好適な温度範囲では、堆積膜は、堆積中部分的に重合され、膜の引き続き硬化する間に重合化が完了する。
酸化ガスをさらに解離することが望ましい場合、任意のマイクロ波チャンバが使用されて、０から３０００Ｗのマイクロ波を酸化ガスに印加した後に、堆積チャンバに入れてもよい。マイクロ波電力を別々に追加することで、酸化ガスと反応する前に、シリコン化合物が過度に解離しないようにする。マイクロ波電力が酸化ガスに追加される場合、シリコン化合物と酸化ガス用に別々の通路を有するガス分配板を使用することが好ましい。
通常、チャンバライニング、分配マニホールド１１、サセプタ１２、およびさまざまな他のリアクタハードウェアのうちのいずれかまたはすべては、アルミニウムや陽極処理を施したアルミニウムなどの材料からなる。このようなＣＶＤリアクタの一実施例が、「熱ＣＶＤ／ＰＥＣＶＤリアクタおよび二酸化シリコンの熱化学気相堆積法およびインシトゥでのマルチステップ平坦化プロセス（ＴｈｅｒｍａｌＣＶＤ／ＰＥＣＶＤ Ｒｅａｃｔｏｒ ａｎｄ Ｕｓｅ ｆｏｒＴｈｅｒｍａｌ ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆ ＳｉｌｉｃｏｎＤｉｏｘｉｄｅ ａｎｄＩｎ−ｓｉｔｕ Ｍｕｌｔｉ−ｓｔｅｐＰｌａｎａｒｉｚｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ）」と題したウヮン等（Ｗａｎｇ ｅｔａｌ．）の米国特許第５，０００，１１３号公報に記載されている。前述の特許は、本発明の譲受人であるアプライドマテリアルズ社（ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．）に譲渡されている。
リフトモニタ１４は、処理位置と、より低い位置にあるウェーハ装填位置との間でサセプタ１２を昇降させる。モータガス混合システム１９およびＲＦ電源２５は、制御ライン３６を通じてシステムコントローラ３４により制御される。リアクタは、本発明の好適な実施形態ではハードディスクドライブであるメモリ３８に格納されたシステムコントローラソフトウェアを実行するシステムコントローラ３４により制御された質量流量コントローラ（ＭＦＣ）および標準またはパルスＲＦ発生器などのアナログ装置を含む。真空ポンプ３２の絞り弁およびサセプタ１２を配置するモータなどの可動機械装置の位置を移動および決定するために、モータおよび光センサが使用される。
システムコントローラ３４は、ＣＶＤリアクタのすべての動作を制御し、コントローラ３４の好適な実施形態は、ハードディスクドライブ、フロッピーディスクドライブおよびカードラックを含む。カードラックは、単一ボードコンピュータ（ＳＢＣ）、アナログおよびディジタル入力／出力ボード、インタフェースボードおよびステッパモータコントローラボードを有する。システムコントローラは、ボード、カードケージ、およびコネクタの寸法と種類を規定するＶｅｒｓａＭｏｄｕｌａｒ Ｅｕｒｏｐｅａｎｓ（ＶＭＥ）Ｓｔａｎｄａｒｄ（バーサヨーロピアンスタンダード）に従う。このＶＭＥ標準はまた、１６ビットデータバスと２４ビットアドレスバスを有するバス構造を規定する。
システムコントローラ３４は、ハードディスクドライブ３８に格納されたコンピュータプログラムの制御下で動作する。コンピュータプログラムは、特定の工程のタイミング、ガスの混合、ＲＦパワーレベル、サセプタ位置および他のパラメータを指示する。ユーザーとシステムコントローラ間のインタフェースは、ＣＲＴモニタ４０とライトペン４４により行われ、これらを図３に示す。好適な実施形態では、第２のモニタ４２が使用され、第１のモニタ４０がオペレータ用にクリーンルームの壁に設けられ、もう一つの第２のモニタ４２がサービス技術者用に壁の後ろ側に設けられる。両方のモニタ４０、４２は同時に同じ情報を表示するが、１本のライトペン４４のみしか使用できない。ライトペン４４は、ＣＲＴディスプレイにより放出される光をペンの先端にある光センサで検出する。特定のスクリーンまたは機能を選択するために、オペレータは、ディスプレイスクリーンの指定領域に触れ、ペン４４のボタンを押す。接触領域の色が強調されて変化するか、もしくは新しいメニューまたはスクリーンが表示されて、ライトペンとディスプレイスクリーンとの間の通信を確認する。
図４を参照すると、例えば、システムコントローラ３４などで実行するコンピュータプログラムプロダクト４１０を用いてプロセスを実行できる。コンピュータプログラムコードは、従来のコンピュータの読取り可能なプログラミング言語、例えば６８０００アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、もしくはパスカルなどの言語に書き込むことができる。適切なプログラムコードは、従来のテキストエディタを用いて、単一ファイル又は複数ファイルに入力され、さらにコンピュータのメモリーシステムなどのコンピュータ使用可能媒体に格納又は収録される。入力されたコードテキストがハイレベル言語で表される場合は、コードはコンパイルされ、さらに得られたコンパイラコードがプレコンパイルされたウィンドウズライブラリルーチンのオブジェクトコードとリンクされる。リンクされ、コンパイルされたオブジェクトコードを実行するために、システムユーザはオブジェクトコードを呼び出し、コンピュータシステムにそのコードをメモリに入れ、そこからＣＰＵがコードを読み取り、実行し、プログラムで同定されたタスクを実施する。
図４は、コンピュータプログラム４１０の階層制御構造を示す例示的ブロック図である。ライトペン４４インタフェースを用いて、ＣＲＴモニタ４０に表示されたメニューまたはスクリーンに応じて、ユーザーが、プロセスセレクタサブルーチン４２０にプロセスセット数及びプロセスチャンバ数を入力する。プロセスセットは、特定のプロセスを実行するのに必要なプロセスパラメータの所定のセットであり、所定のセット数により同定される。プロセスセレクタサブルーチン４２０は、（ｉ）Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標名）（アプライドマテリアルズ社より入手可能）などのクラスタツールでの所望の処理チャンバを選択し、および（ｉｉ）プロセスチャンバーを動作させて所望のプロセスを実行するのに必要な所望のプロセスのセットを選択する。特定のプロセスを行うプロセスパラメータは、例えば、プロセスガス組成および流量、温度、圧力、ＲＦバイアスパワーレベルおよび磁場パワーレベルなどのプラズマ条件、冷却ガス圧力、およびチャンバ壁温度などのプロセス条件に関係し、レシピ形式でユーザに与えられる。レシピで特定されたパラメータは、ライトペン／ＣＲＴモニタインタフェースを利用して入力される。
プロセスをモニタする信号は、システムコントローラのアナログ入力およびディジタル入力ボードにより与えられ、プロセスを制御する信号は、システムコントローラ３４のアナログ出力およびディジタル出力ボードに出力される。
プロセスシーケンササブルーチン４３０は、プロセスセレクタサブルーチン４２０から同定された処理チャンバおよびプロセスパラメータのセットを受け、かつ各種処理チャンバの動作を制御するプログラムコードからなる。複数のユーザが、プロセスセット数および処理チャンバ数を入力することができるか、または１人のユーザが、複数の処理チャンバ数を入力することができることにより、シ−ケンササブルーチン４３０は、所望のシ−ケンスの選択されたプロセスをスケジュールするように動作する。好ましくは、シーケンササブル−チン４３０には、（ｉ）処理チャンバの動作をモニタして、チャンバが用いられているかを決定する工程と、（ｉｉ）どのようなプロセスを使用するチャンバで実行するかを決定する工程と、（ｉｉｉ）処理チャンバの利用可能性および実行するプロセスの種類に基づいて、所望のプロセスを実行する工程とを行うコンピュータ読取り可能なプログラムコードが含まれる。処理チャンバをモニタするポーリングなどの従来の方法を用いることが可能である。どのプロセスを実行するかを予定するとき、シーケンササブルーチン４３０は、選択されたプロセス、または各々の特定のユーザが入力したリクエストの「存在期間（ａｇｅ）」、または予定の優先順位を決定するためにシステムプログラマが望む他の関連する因子に対する所望のプロセス条件と比較して、使用する処理チャンバの現在の条件を考慮するようにデザインされてもよい。
シーケンササブルーチン４３０が、次にどの処理チャンバとプロセスセットの組合せを実行するかを決定すると、シーケンササブルーチン４３０は、このシーケンササブルーチン４３０により決定されたプロセスセットに従って、処理チャンバ１０における複数の処理タスクを制御するチャンバ管理サブルーチン４４０に特定のプロセスセットパラメータを通過させることにより、プロセスセットの実行を開始する。例えば、チャンバ管理サブルーチン４４０は、プロセスチャンバ１０におけるＣＶＤプロセス動作を制御するプログラムコードからなる。さらに、チャンバ管理サブルーチン４４０は、選択されたプロセスセットを実行するのに必要なチャンバの構成要素の動作を制御するさまざまなチャンバ構成要素サブルーチンの実行を制御する。チャンバ構成要素サンブルーチンの実施例は、サセプタ制御サブルーチン４５０、プロセスガス制御サブルーチン４６０、圧力制御サブルーチン４７０、ヒータ制御サブルーチン４８０、およびプラズマ制御サブルーチン４９０である。当業者は、他のチャンバ制御サブルーチンが、リアクタ１０で実行したいプロセスに依存して含まれることが可能なことを容易に認識するであろう。
動作中、チャンバ管理サブルーチン４４０は、実行されている特定のプロセスに応じて、プロセス構成要素サブルーチンを選択的に指定するか、または読み出す。チャンバ管理サブルーチン４４０は、シーケンササブルーチン４３０がどの処理チャンバ１０およびプロセスセットが次に実行されるかを指定する方法と同様に、プロセス構成要素サブルーチンを指定する。典型的には、チャンバ管理サブルーチン４４０は、さまざまなチャンバ構成要素をモニタする工程と、どの構成要素が実行されるプロセスセットのプロセスパラメータに基づいて動作される必要があるかを決定する工程と、さらにモニタ工程および決定工程に応答してチャンバ構成要素サブルーチンの実行をもたらす工程とを含む。
特定のチャンバ構成要素サブルーチンの動作を、ここで図４を参照して記載する。サセプタ制御位置決めサブルーチン４５０は、基板をサセプタ１２上に装填するために用いられ、任意に、基板をリアクタ１０内の所望の高さにリフトして基板とガス分配マニホールド１１間の間隔を制御するために用いられるチャンバ構成要素を制御するプログラムコードからなる。基板がリアクタ１０に装填されると、サセプタ１２は基板を受けるため降下され、その後、サセプタ１２はチャンバ内の所望の高さまで上昇されて、ＣＶＤプロセス中、基板をガス分配マニホールド１１から第１の距離または間隔をおいて維持する。動作時には、サセプタ制御サブルーチン４５０は、チャンバ管理サブルーチン４４０から転送されるプロセスセットパラメータに応答してサセプタ１２の運動を制御する。
プロセスガス制御サブルーチン４６０は、プロセスガスの組成と流量を制御するプログラムコードを有する。プロセスガス制御サブルーチン４６０は、安全遮断弁の開閉位置を制御し、質量流制コントローラを開閉させて所望のガス流量を得る。プロセスガス制御サブルーチン４６０は、すべてのチャンバ構成要素サブルーチンと同様に、チャンバ管理サブルーチン４４０により呼び出され、そして所望のガス流量に関係するプロセスパラメータをチャンバー管理サブルーチンから受ける。通常、プロセスガス制御サブルーチン４６０は、ガス供給ラインを開放し、反復して、（ｉ）必要な質量流コントローラを読み取り、（ｉｉ）読取り値をチャンバ管理サブルーチン４４０から受けた所望の流量と比較し、（ｉｉｉ）必要に応じてガス供給ラインの流量を調節することにより動作する。さらに、プロセスガス制御サブルーチン４６０は、危険な量のガス流量をモニタすると共に、危険状態が検出されたときは、安全遮断弁を作動させる工程を含む。
いくつかのプロセスにおいては、ヘリウム又はアルゴンなどの不活性ガスがチャンバ１０内に流入されて、チャンバ内で圧力を安定化した後、反応プロセスガスが導入される。これらのプロセスに対して、プロセスガス制御サブルーチン４６０は、チャンバ１０内の圧力を安定化するのに必要な時間で不活性ガスをチャンバ１０に流入させる工程を含み、次いで、上述した工程が実行される。さらに、プロセスガスが液体前駆体、例えば、１，３，５−トリシラノ−２，４，６−トリメチレン（１，３，５−トリシラナシクロヘキサン)から蒸発される場合、プロセスガス制御サブルーチン４６０は、バブラアセンブリの液体前駆体を通してヘリウムなどの配送ガスをバブルする工程を含むように書き込まれる。この種のプロセスでは、プロセスガス制御サブルーチン４６０は、所望のプロセスガスの流量を得るために、配送ガスの流れ、バブラの圧力、およびバブラの温度を調節する。上述したように、所望のプロセスガスの流量は、プロセスパラメータとしてプロセスガス制御サブルーチン４６０に転送される。さらに、プロセスガス制御サブルーチン４６０は、所定のプロセスガス流量に対して必要な値を含む記憶テーブルにアクセスすることにより、所望のプロセスガス流量に必要な配送ガス流量、バブラの圧力、およびバブラの温度を得る工程を含む。必要な値が得られると、配送ガス流量、バブラの圧力、バブラの温度がモニタされ、必要な値と比較され、それに応じて調節される。
圧力制御サブルーチン４７０は、排気ポンプ３２における絞り弁の開口の大きさを調節することにより、リアクタ１０の圧力を制御するプログラムコードからなる。絞り弁の開口の大きさは、全プロセスガスの流れ、処理チャンバの大きさ、および排気ポンプ３２のセットポイント圧力に関係する所望のレベルにチャンバの圧力を制御するように設定される。圧力制御サブルーチン４７０が呼び出されると、所望またはターゲット圧力レベルがチャンバ管理サブルーチン４４０からのパラメータとして受け取られる。圧力制御サブルーチン４７０は、チャンバに接続された１以上の従来の圧力マノメータを読み取ることにより、チャンバ１０の圧力を測定し、測定値をターゲット圧力と比較し、ターゲット圧力に対応する記憶された圧力テーブルからＰＩＤ（比例、積分、および微分）値を得て、圧力テーブルから得られたＰＩＤ値に従って絞り弁を調節するように動作する。あるいは、圧力制御サブルーチン４７０は、絞り弁を特定の開口の大きさに開放または閉鎖して、リアクタ１０を所望の圧力に調整するように書き込むことができる。
ヒータ制御サブルーチン４８０は、サセプタ１２を加熱するために用いられる加熱モジュールまたは放射熱の温度を制御するプログラムコードからなる。ヒータ制御サブルーチン４８０は、チャンバ管理サブルーチン４４０により呼び出され、ターゲット、またはセットポイントの温度パラメータを受け取る。ヒータ制御サブルーチン４８０は、サセプタ１２内に配置された熱電対の出力電圧を測定することによって温度を測定し、測定温度をセットポイント温度と比較し、さらに加熱モジュールに印加された電流を増加または減少させてセットポイント温度を得る。温度は、記憶された変換テーブルで対応する温度を参照するか、または四次多項式を用いて温度を計算することにより、測定電圧から得られる。ヒータ制御サブルーチン４８０は、加熱モジュールに印加された電流の増減を徐々に制御する。電流を徐々に増減することによって、加熱モジュールの寿命および信頼性が増す。さらに、内蔵型フェイルセーフモードは、プロセスの安全コンプライアンスを検出するために含めることができ、またリアクタ１０が適切にセットアップされてなければ、加熱モジュールの動作を遮断することができる。
プラズマ制御サブルーチン４９０は、リアクタ１０のプロセス電極に印加されるＲＦバイアス電圧のパワーレベルを設定し、任意に、リアクタ内に発生する磁場のレベルを設定するプログラムコードからなる。前述したチャンバ構成要素サブルーチンと同様に、プラズマ制御サブルーチン４９０は、チャンバ管理サブルーチン４４０により呼び出される。
上記ＣＶＤシステムは、主として例示的目的で記載したものであって、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ装置、誘導結合形ＲＦ高密度プラズマＣＶＤ装置などの他のプラズマＣＶＤ装置を用いてもよい。さらに、サセプタのデザイン、ヒータのデザイン、ＲＦ電力接続の位置における変形例などの上記システムを変形することも可能である。例えば、ウェーハは、抵抗加熱サセプタにより支持、加熱することも可能である。本発明の予め処理された層を形成する前処理およびその方法は、任意の特定の装置に制限されるものではなく、また任意の特定のプラズマ励起方法に制限されるものでもない。
３層ギャップ充填プロセスにおける酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサン誘電体の堆積
本発明の酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサン層は、図２のＰＥＣＶＤチャンバを用いて、図５に示すような３層ギャップ充填処理に使用することができる。図５を参照すると、リアクタ１０にウェーハが配置され（２００）、低誘電率の酸化オルガノシラン層が、オルガノシラン化合物および／またはオルガノシロキサン化合物からなるプラズマからＰＥＣＶＤ処理により堆積される（２０５）。この堆積工程２０５は、当業者に周知の方法に従って処理チャンバ１５内において、静電結合されたプラズマか、または誘導結合プラズマと静電結合プラズマの両方を含むことができる。ＰＥＣＶＤ堆積法では、ヘリウムなどの不活性ガスが一般に使用され、プラズマ発生を促進する。次いで、ギャップ充填層が、周知の方法でライナ層上に堆積される（２１０）。ギャップ充填層は、メチルシランと過酸化水素を反応させて液体で堆積させたスピンオンポリマーや酸化物など、自己平坦化させることが好ましい。次いで、好ましくは、ライニング層を堆積するプロセスと同じプロセスを用いて、キャップ層２１５が、ギャップ充填層上に堆積される（２１５）。次いで、ウェーハは、リアクタ１０から除去される（２２０）。
図６Ａから６Ｅを参照すると、３層のギャップ充填プロセスにより、酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサンポリマーからなるＰＥＣＶＤライニング層３００が形成される。ライニング層３００は、次のギャップ充填層３０２と下地の基板表面３０４と基板表面に形成された金属ライン３０６、３０８、３１０の間の分離層として作用する。ギャップ充填層３０２は、酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサンポリマーのＰＥＣＶＤキャップ層３１２により覆われる。このプロセスは、ＣＶＤリアクタ１０のコンピュータコントローラ３４のメモリ３８に格納されたコンピュータプログラムを用いて実行、制御される。
図６Ａを参照すると、ＰＥＣＶＤライニング層３００は、Ｎ2Ｏなどの酸化ガス、ＣＨ3ＳｉＨ3または（ＣＨ3）2ＳｉＨ2などのオルガノシランまたはオルガノシロキサン化合物と、ヘリウムなどのキャリヤガスを導入することによって、リアクタ１０に堆積される。基板は、ＰＥＣＶＤライニング層を堆積する間、約−２０℃から約４００℃の温度で維持され、さらに、およそ−２０℃から４０℃の温度で維持されることが好ましい。ＰＥＣＶＤライニング層３００は、約５ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの流量でオルガノシランおよび／またはオルガノシロキサンの混合物と、約５ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍの流量で酸化ガスを含むプロセスガスで堆積される。プロセスガスは、約０．２から約２０ｌｐｍの流量で、通常膜内には取り入れられないＨｅ、Ａｒ、Ｎｅなどの不活性ガスや、窒素などの比較的不活性なガスにより搬送される。プロセスガスは、約０．２から約２０Ｔｏｒｒの圧力で反応し、１０Ｔｏｒｒよりも低い圧力で反応することが好ましく、基板表面３０４と金属ライン３０６、３０８、３１０上にコンフォーマルなシリコン酸化物層を形成する。この反応は、０．０５Ｗ／ｃｍ2から１０００Ｗ／ｃｍ2の範囲の出力密度でプラズマ強化され、この出力密度は、約１Ｗ／ｃｍ2よりも小さな出力密度がより好ましく、約０．１から約０．３Ｗ／ｃｍ2の出力密度が最も好ましい。
８インチの単一ウェーハチャンバでは、約１３．５６ＭＨｚの高周波ＲＦ供給源が、ガス分配システムに接続され、約１０から約５００Ｗで駆動されることが好ましい一方、約３５０ＫＨｚから１ＭＨｚの低周波ＲＦ供給源がサセプタに任意に接続され、約０から約１００ｗで駆動される。好適な実施形態では、高周波ＲＦ供給源は、約２０Ｗから約２５０ＷのパルスＲＦ電力で駆動され、低周波ＲＦ供給源は、約０から約５０ＷのパルスＲＦ電力で１０％から３０％のデューティサイクルで駆動される。パルスＲＦ電力は、短い間隔の周期的なものが好ましく、約２００Ｈｚより低い周波数をもつものが最も好ましい。高周波ＲＦ電力が一定のものである場合、パワーレベルは、約２０Ｗから約１００Ｗの範囲のものであることが好ましい。
次いで、酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサン層は、約１０Ｔｏｒｒよりも低い圧力で約１００℃から約４５０℃の温度で硬化される。任意に、誘電体層をさらに堆積した後に、硬化を行ってもよい。
上記プロセス条件を用いると、ＰＥＣＶＤライニング層３００が堆積され（１分につき約２０００Å）、図６Ｂに示すようなギャップ充填層３０２を次に堆積する場合のバリヤ特性が改良される。メチルシランから得られるライニング層は、疎水性を備えるために十分なＣ−Ｈ結合を有し、優れた水分バリヤとなる。疎水ライニング層を堆積することによって、次の親水層を疎水層に変換するという驚くべき意外な結果が得られる。
ギャップ充填層３０２のプロセスガスは、ＳｉＨ4、ＣＨ3ＳｉＨ3、または（ＣＨ3）2ＳｉＨ2、および蒸発されてヘリウムなどの不活性キャリヤガスと混合される５０ｗｔ％の過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）であることが好ましい。しかしながら、ガス充填層は、許容範囲内の誘電率をもつものであればどのような誘電体層でもよい。堆積状態での副生成物が蒸気であれば、代替するシリコン含有化合物を用いることも可能である。好適な代替化合物は、以下のようなオキシシラノまたはシラノ基を取り入れる。
トリメチルシラン
ジシラノメタン
ビス（メチルシラノ）メタン
１，２−ジシラノエタン
２，２−ジシラノプロパン
１，３，５−トリシラノ−２，４，６−トリメチレン（環状）
１，３−ビス（シラノメチレン）シロキサン
ビス（１−メチルジシロキサニル）メタン
２，４，６，８−テトラメチルシクロテトラシロキサン、または
１，２−ジシラノテトラフルオロエタン
プロセスガスの流れは、Ｈｅで０から２０００ｓｃｃｍであり、ＣＨ3ＳｉＨ3で１０から２００ｓｃｃｍであり、Ｈ2Ｏ2で０．１から３ｇ／分である。好適なガスの流れは、Ｈｅで１００から５００ｓｃｃｍであり、ＣＨ3ＳｉＨ3で２０から１００ｓｃｃｍであり、Ｈ2Ｏ2で０．１から１ｇ／分である。これらの流量が、約５．５から６．５リットルの容積をもつチャンバに与えられる。リアクタ１０は、ギャップ充填層３０２を堆積している間、約０．２から約５Ｔｏｒｒの圧力で維持されることが好ましい。ギャップ充填層３０２は、図６Ｃに示されるように、部分的に硬化されて、水などの溶媒を取り除いた後、図６Ｄに示すようにキャップ層３１２を堆積してもよい。リアクタ１０において、１０Ｔｏｒｒを下回る不活性ガス雰囲気下でポンプすることによって硬化が行われる。
メチルシランから形成されたギャップ充填層は、通常、親水性であり、水分バリヤ特性が低い。メチルシランから形成されたライニング層上に堆積される場合、メチルシランから形成されたギャップ充填層は、驚くべきことに疎水性となり、水分バリヤ特性が良好になる。
図６Ｄを参照すると、ギャップ充填層３０２を堆積した後に、リアクタ１０は、キャップ層３１２を堆積するために、本発明の酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサン層の堆積を任意に開始する。図６Ｅを参照すると、このキャップ層を堆積した場合、その後に、堆積した層が、約１００℃から約４５０ＥＣの温度で炉または別のチャンバで硬化されて、残りの溶剤または水を取り除く。プロセス条件は、堆積膜の所望の特性に応じて可変であることは言うまでもない。
デュアルダマシン構造の堆積酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサン層をエッチングストップまたは金属間誘電体層として含むデュアルダマシン構造が図７に示されている。酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサンがエッチングストップとして使用される場合、第１の誘電体層５１０が基板５１２上に堆積され、次いで、酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサンエッチングストップ５１４が、第１の誘電体層上に堆積され、硬化される。次いで、エッチングストップは、パターンエッチングされて、コンタクト／バイア５１６の開口を画定する。次いで、第２の誘電体層５１８がパターン化されたエッチングストップ上に堆積されて、従来の方法でパターンエッチングされて配線５２０を画定する。次いで、エッチングプロセスを一回実行して、エッチングストップまでの配線を画定して、パターン化されたエッチングストップにより露出した保護されていない誘電体部分をエッチングして、コンタクト／バイアを画定する。
図７を再度参照すると、ダマシン構造は、この替わりに、金属間誘電体として酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサンを含む。酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサンからなるものが好ましい第１の誘電体層５１０が、基板５１２上に堆積され、次いで、従来のシリコン酸化物、シリコン窒化物、または水素と化合させたシリコン炭化物エッチングストップ５１４が、第１の誘電体層上に堆積される。次いで、エッチングストップはパターン化されて、コンタクト／バイア５１６の開口を画定する。次いで、酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサンからなる第２の誘電体層５１８が、パターン化されたエッチングストップ上に堆積され、パターン化されて配線５２０を画定する。次いで、エッチングプロセズを一回実行して、エッチングストップまでの配線を画定し、パターン化されたエッチングストップにより露出した保護されていない誘電体部分をエッチングして、コンタクト／バイアを画定する。
本発明により製造される好適なデュアルダマシン構造は、図８Ｈに示すように、ライニング層を含み、この構造を形成する方法は、図８Ａから８Ｈに概略的に連続して描かれており、これらの図は、本発明の工程を用いて形成した基板の断面図である。
図８Ａに示すように、パリレン、ＦＳＧ、シリコン酸化物などの第１の誘電体層５１０が、製造する構造のサイズにもよるが、約５，０００から約１０，０００Ｄの厚みまで基板５１２上に堆積される。図８Ｂに示すように、酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサン層である低ｋエッチングストップ５１４は、低レベルのＲＦ電力を用いて、約２００から約１，０００Ｄの厚みまで第１の誘電体層上に堆積される。次いで、低ｋエッチングストップ５１４がパターンエッチングされ、コンタクト／バイア開口５１６を画定し、コンタクト／バイアが図８Ｃに示されたように形成された領域に第１の誘電体層５１０を露出させる。低ｋエッチングストップ５１４は、従来のフォトリソグラフィを用い、さらにフッ素、炭素および酸素イオンを用いたエッチング処理を用いてパターンエッチングされる。低ｋエッチングストップ５１４がエッチングされてコンタクト／バイアをパターン化して、フォトレジストが除去された後、第２の誘電体層５１８が、図８Ｄに示すように、約５，０００から約１０，０００Ｄの厚みまでエッチングストップ５１４上に堆積される。次いで、図８Ｅに示すように、好ましくは、フォトレジスト層５２２で従来のフォトリソグラフィ処理を用いて、第２の誘電体層５１８がパターン化されて配線５２０を画定する。次いで、配線およびコンタクト／バイアは、図８Ｆに示すように、反応イオンエッチングや他の異方性エッチング技術を用いてエッチングされて、メタライゼーション構造（すなわち、配線およびコンタクト／バイア）を画定する。エッチングストップ５１４や第２の誘電体層５１８をパターン化するために使用されたあらゆるフォトレジストや他の材料が酸素ストリッピングや他の適当な処理を施して除去される。
次いで、メタライゼーション構造は、アルミニウム、銅、タングステン、またはそれらの組合せなどの導電性材料で形成される。銅の抵抗率が低いため（３．１ｍＷ−ｃｍのアルミニウムに対して１．７ｍＷ−ｃｍ）、現在では、さらに小さな特徴を形成するために銅を用いる傾向にある。図８Ｇに示すように、窒化タンタルなどの適切なバリヤ層５２４が最初に、メタライゼーションパターンでコンフォーマルに堆積されることにより、周辺のシリコンおよび／または誘電体材料へ銅が移動しないようにする。その後、化学的気相堆積法、物理気相成長法、電気めっき、またはそれらの組合せのいずれかを用いて、銅５２６が堆積され、導電性構造を形成する。この構造が、銅または他の金属で充填された後、図８Ｈに示すように、化学機械研磨を用いて表面が平坦化される。
接着層の堆積プレメタル誘電体層と金属間誘電体層との間の接着層として酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサン層を含むデュアルダマシン構造が図９に示されている。酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサン接着層６１２は、従来のＰＳＧまたはＢＰＳＧ層などのプレメタル誘電体層６１０上に堆積されて、硬化される。好ましくは低ｋ誘電体ポリマー層である金属間誘電体層６１４が、接着層６１２上に堆積される。次いで、従来のシリコン酸化物またはシリコン窒化物エッチングストップ６１６が、従来の方法を用いてパターン化されて、バイア６２０を画定する。好ましくは低ｋ誘電体ポリマーである第２の金属中間誘電体層６２２が、パターン化されたエッチングストップ上に堆積されて、パターン化され配線を画定する。次いで、エッチング処理を一回施して、エッチングストップまでの配線を画定し、パターン化されたエッチングストップにより露出した保護されていない誘電体をエッチングして、コンタクト／バイアを画定した後にメタライゼーションを施す。
本発明による接着層からなる好適なデュアルダマシン構造が、図１０Ｈに示されており、この構造を形成する方法は、図１０Ａから１０Ｈに概略的に連続して描かれており、これらの図は、本発明の工程を施して形成された基板の断面図である。
図１０Ａに示すように、パリレン、ＦＳＧ、シリコン酸化物などの第１の金属間誘電体層７１０が、製造する構造のサイズにもよるが、約５，０００から約１０，０００Åの厚みまで基板７１２上に堆積される。図１０Ｂに示すように、酸化オルガノシラン層である低ｋエッチングストップ７１４が、約５０から約２００Åの厚みまで第１の金属間誘電体層７１０上に堆積される。従来のシリコン酸化物またはシリコン窒化物エッチングストップ７１６が、約５０から約２００Åの厚みまで接着層７１４上に堆積される。酸化有機シラン層である第２の低ｋ接着層７１８は、約５０から約２００Åの厚みまでエッチングストップ７１６上に体積される。次いで、エッチングストップ７１６および接着層７１４、７１８がパターンエッチングされ、コンタクト／バイア開口７２０を画定し、コンタクト／バイアが図１０Ｃに示されたように形成された領域に第１の金属間誘電体層７１０を露出させる。エッチングストップ７１６は、従来のフォトリソグラフィを用い、さらにフッ素、炭素および酸素イオンを用いたエッチング処理を用いてパターンエッチングされる。エッチングストップ７１６および接着層７１４，７１８がエッチングされてコンタクト／バイアをパターン化して、フォトレジストが除去された後、第２の金属間誘電体層７２２が、図１０Ｄに示すように、約５，０００から約１０，０００Åの厚みまで第２の接着層７１８上に堆積される。次いで、図１０Ｅに示すように、好ましくは、フォトレジスト層７２６で従来のフォトリソグラフィ処理を用いて、第２の金属間誘電体層７２２がパターン化されて配線７２４を画定する。次いで、配線およびコンタクト／バイアは、図１０Ｆに示すように、反応イオンエッチングや他の異方性エッチング技術を用いてエッチングされて、メタライゼーション構造（すなわち、配線およびコンタクト／バイア）を画定する。エッチングストップ７１６や第２の金属間誘電体層７２２をパターン化するために使用されたあらゆるフォトレジストや他の材料が酸素ストリッピングや他の適当な処理を施して除去される。
次いで、メタライゼーション構造は、アルミニウム、銅、タングステン、またはそれらの組合せなどの導電性材料で形成される。銅の抵抗率が低いため（３．１ｍＷ−ｃｍのアルミニウムに対して１．７ｍＷ−ｃｍ）、現在では、さらに小さな特徴を形成するために銅を用いる傾向にある。図１０Ｇに示すように、窒化タンタルなどの適切なバリヤ層７２８が最初に、メタライゼーションパターンでコンフォーマルに堆積されることにより、周辺のシリコンおよび／または誘電体材料へ銅が移動しないようにする。その後、化学気相成長法、物理気相成長法、電気めっき、またはそれらの組合せのいずれかを用いて、銅が堆積され、導電性構造を形成する。この構造が、銅または他の金属で充填された後、図１０Ｈに示すように、化学機械研磨を用いて表面が平坦化される。
デュアルダマシンの集積化
別の好適なデュアルダマシン構造は、層間でのクロストークに対して耐性を備えるために、異なる誘電率のシリコン酸化物層からなり、図１１Ａから１１Ｄに示されるように堆積され、これらの図は、本発明の工程を施して形成された基板の断面図である。
図１１Ａに示すように、製造する構造のサイズにもよるが、２０原子量％よりも多い炭素含有量を有するバイアレベルの誘電体層８１０が、約５，０００から約１０，０００Åの厚みまで基板８１２に堆積される。バイアレベルの誘電体層は、１０％のデューティサイクルでＲＦパワーレベルが５００ＷでＮ2Ｏとトリメチルシランを反応させて堆積されることが好ましい。図１１Ａに示すように、バイアレベルの通電体レベルがバイア及びコンタクト孔８１４を形成するため従来のフォトリソグラフィを用い、パターンエッチングされて、さらにフッ素、炭素および酸素イオンを用いる高炭素材料のエッチング処理を用いてパターンエッチングされる。
図１１Ｂに示すように、製造する構造のサイズにもよるが、１０原子量％よりも少ない炭素含有量を有するトレンチレベルの誘電体層８２２が、約５，０００から約１０，０００Åの厚みまでバイアレベルの誘電体層８１０に堆積される。トレンチレベルの誘電体層は、３０％のデューティサイクルでＲＦパワーレベルが５００ＷでＮ2Ｏとメチルシランを反応させて堆積されることが好ましい。次いで、図１１Ｂに示すように、低炭素材料には効果があるが、高炭素材料には効果がない従来のフォトリソグラフィ処理およびエッチング処理を用いて、トレンチレベルの誘電体層８２２がパターンエッチングされて、配線８２４を画定する。誘電体をパターン化するために使用されたあらゆるフォトレジストや他の材料が酸素ストリッピングや他の適当な処理を施して除去される。
次いで、メタライゼーション構造は、アルミニウム、銅、タングステン、またはそれらの組合せなどの導電性材料で形成される。銅の抵抗率が低いため（３．１ｍＷ−ｃｍのアルミニウムに対して１．７ｍＷ−ｃｍ）、現在では、さらに小さな特徴を形成するために銅を用いる傾向にある。好ましくは図１１Ｃに示すように、窒化タンタルなどの適切なバリヤ層８２８が最初に、メタライゼーションパターンでコンフォーマルに堆積されることにより、周辺のシリコンおよび／または誘電体材料へ銅が移動しないようにする。その後、化学気相成長法、物理気相成長法、電気めっき、またはそれらの組合せのいずれかを用いて、図１１Ｄに示すように、銅８３０が堆積され、導電性構造を形成する。この構造が、銅または他の金属で充填された後、化学機械研磨や他の平坦化方法を用いて表面が平坦化される。
本発明を以下の実施例によりさらに記載する。
実施例
以下の実施例は、良好なバリヤ特性および密着性を有する酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサン膜の堆積を表すものである。この実施例は、化学気相堆積用チャンバを用いて行われたものであり、特に、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社により共に製造され販売されている固体ＲＦ整合ユニットと２個の石英プロセスキットを含む「ＣＥＮＴＵＲＡＤ×Ｚ」システムを用いて行われた。
非パルスＲＦ電力
以下のようなリアクタに流入した反応ガスから、３．０Ｔｏｒｒのチャンバ圧力と１５ＥＣの温度で、酸化ジメチルシラン膜が堆積された。
ジメチルシラン、(CH3)2SiH255sccm
亜酸化窒素、N2O300sccm
ヘリウム、He 4000sccm
基板は、ガス分配シャワヘッドから６００ｍｉｌ（ミル）の位置に設けられ、２０Ｗの高周波電力（１３ＭＨｚ）がシャワヘッドに印加されて、酸化ジメチルシランをプラズマを強化して堆積する。酸化ジメチルシラン材料の誘電率は約２．５であり、疎水性であった。
仮定上の実施例
以下の仮定上の実施例は、本発明の酸化オルガノシランまたはオルガノシロキサン膜の堆積を記載したものである。これらの実施例は、前述した実施例で記載した化学気相堆積法に対して書かれているものである。
パルスＲＦ電力
以下のようにリアクタ内に流入する反応ガスから、３．０Ｔｏｒｒのチャンバ圧力と１５ＥＣの温度で、酸化１，３，５−トリシラノ−２，４，６−トリメチレン（環状）膜が堆積された。
1,3,5-トリシラノ-2,4,6-トリメチレン、-(SiH2CH2-)3-(環状) 20sccm
亜酸化窒素、N2O 300sccm
ヘリウム、He 4000sccm
基板は、ガス分配シャワヘッドから６００ｍｉｌの位置に設けられ、５０Ｗのパルス高周波電力（１３ＭＨｚ）がシャワヘッドに印加されて、酸化１，３，５−トリシラノ−２，４，６−トリメチレン層をプラズマを強化して堆積する。
パルスＲＦ電力
以下のようにリアクタ内に流入する反応ガスから、３．０Ｔｏｒｒのチャンバ圧力と１５ＥＣの温度で、酸化１，３−ジメチルジシロキサン膜が堆積された。
1,3-ジメチルジシロキサン、CH3-SiH2-O-SiH2-CH330sccm
亜酸化窒素、N2O 300sccm
ヘリウム、He 4000sccm
基板は、ガス分配シャワヘッドから６００ｍｉｌ（ミル）の位置に設けられ、５０Ｗのパルス高周波電力（１３ＭＨｚ）がシャワヘッドに印加されて、酸化ジメチルジシロキサン層をプラズマを強化して堆積する。
マイクロ波／ＲＦ電力
以下のようにリアクタ内に流入する反応ガスから、３．０Ｔｏｒｒのチャンバ圧力と１５ＥＣの温度で、酸化１，３−ジメチルジシロキサン膜が堆積された。
1,3-ジメチルジシロキサン、CH3-SiH2-O-SiH2-CH330sccm
亜酸化窒素、N2O 300sccm
ヘリウム、He 4000sccm
チャンバに入れる前に、２０００Ｗのマイクロ波エネルギーを供給するマイクロ波アプリケータにおいて亜酸化窒素が解離される。基板は、ガス分配シャワヘッドから６００ｍｉｌの位置に設けられ、５０Ｗの高周波電力（１３ＭＨｚ）がシャワヘッドに周期的に印加されて、酸化ジメチルジシロキサン層をプラズマを強化して堆積する。各周期は、３０％の周期毎にＲＦ電力を供給する。
前述した記載は、本発明の好適な実施形態に関するものであるが、本発明のその他の実施形態およびさらなる実施形態が本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案されてもよく、本発明の範囲は請求の範囲により決定されるものである。
２・・・ライナ層、３・・・金属ライン、４・・・基板、５・・・自己平坦化層（誘電体層）、６・・・キャップ層、１０・・・平行板化学気相堆積リアクタ（処理チャンバ）、１１・・・ガス分配マニホールド、１２・・・サセプタ、１３・・・支持ステム、１４・・・リフトモニタ、１５・・・高真空領域、１７・・・絶縁体、１８・・・プロセスガス供給ライン、１９・・・混合システム、２４・・・プロセスガス排出器、２５・・・電源、２８・・・マイクロ波アプリケータ、３２・・・真空ポンプ、３４・・・システムコントローラ、３６・・・制御ライン、３８・・・メモリ、４０・・・モニタ、４２・・・モニタ、４４・・・ライトペン、３００・・・ライニング層、３０２・・・ギャップ充填層、３０４・・・基板表面、３０６・・・金属ライン、３１２・・・キャップ層、４１０・・・コンピュータプログラムプロダクト、４２０・・・プロセスセレクタサブルーチン、４３０・・・プロセスシーケンササブルーチン、４４０・・・チャンバ管理サブルーチン、４５０・・・サセプタ制御サブルーチン、４６０・・・プロセスガス制御サブルーチン、４７０・・・圧力制御サブルーチン、４８０・・・ヒータ制御サブルーチン、４９０・・・プラズマ制御サブルーチン、５１０・・・誘電体層、５１２・・・基板、５１４・・・エッチングストップ、５１６・・・バイア、５１８・・・誘電体層、５２０・・・配線、５２２・・・フォトレジスト層、５２４・・・バリヤ層、５２６・・・銅、６１０・・・プレメタル誘電体層、６１２・・・オルガノシロキサン接着層、６１２・・・接着層、６１４・・・金属間誘電体層、６１６・・・シリコン窒化物エッチングストップ、６２０・・・バイア、６２２・・・金属中間誘電体層、７１０・・・金属間誘電体層、７１２・・・基板、７１４・・・エッチングストップ（接着層）、７１６・・・エッチングストップ、７１８・・・接着層、７２０・・・バイア開口、７２２・・・金属間誘電体層、７２４・・・配線、７２６・・・フォトレジスト層、７２８・・・バリヤ層、８１０・・・誘電体層、８１２・・・基板、８１４・・・コンタクト孔、８２２・・・誘電体層、８２４・・・配線、８２８・・・バリヤ層、８３０・・・銅

Claims (16)

  1. １０Ｗから２００Ｗの一定ＲＦパワーレベルか、または２０Ｗから５００ＷのパルスＲＦパワーレベルで、１以上のシリコン化合物と酸化ガスからなるプロセスガスから、パターン化された金属層上にコンフォーマルライニング層を堆積する工程と、
    前記ライニング層上にギャップ充填層を堆積させる工程と、を含み、
    前記シリコン化合物と前記コンフォーマルライニング層は、炭素を含み、
    前記コンフォーマルライニング層は、２．５ないし３．０の誘電率を有する、低誘電率膜の堆積処理方法。
  2. 各シリコン化合物にある各シリコン原子が、１個以上の炭素原子および少なくとも１個の水素原子に結合され、同じ分子中にあるシリコン原子が、３個以上の炭素原子か、または２個以上の酸素原子より分離されない請求項１に記載の処理方法。
  3. シリコン化合物が、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジシラノメタン、ビス（メチルシラノ）メタン、１，２−ジシラノエタン、１，２−ビス（メチルシラノ）エタン、２，２−ジシラノプロパン、１，３，５−トリシラノ−２，４，６−トリメチレン、１，３−ジメチルジシロキサン、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、１，３−ビス（シラノメチレン）ジシロキサン、ビス（１−メチルジシロキサニル）メタン、２，２−ビス（１−メチルジシロキサニル）プロパン、２，４，６，８，１０−ペンタメチルシクロペンタシロキサン、１，３，５，７−テトラシラノ−２，６−ジオキシ−４，８−ジメチレン、２，４，６−トリシランテトラヒドロピラン、２，５−ジシランテトラヒドロフラン、それらのフッ化炭素誘導体、およびそれらの組合せからなる群から選択される請求項１に記載の処理方法。
  4. 酸化ガスが、シリコン化合物と混合する前に解離される請求項１に記載の処理方法。
  5. ギャップ充填層が、シラノ含有化合物と過酸化水素を反応させることにより堆積される請求項１に記載の処理方法。
  6. シリコン化合物と酸化ガスからなるプロセスガスから、ギャップ充填層上にキャップ層を堆積する工程をさらに含む請求項１に記載の処理方法。
  7. 反応ゾーン、前記反応ゾーンに基板を位置付ける基板ホルダ、および真空システムを備える容器と、
    前記容器の反応ゾーンを、１以上のオルガノシリコン化合物と酸化ガスの供給源に結合するガス分配システムと、
    前記反応ゾーンにプラズマを発生するためのガス分配システムに結合されたＲＦ発生器と、
    前記容器、前記ガス分配システム、および前記ＲＦ発生器を制御するためのコンピュータを備えるコントローラと、
    前記コントローラに結合されるメモリであって、１０Ｗから２００Ｗの一定ＲＦパワーレベルか、または２０Ｗから５００ＷのパルスＲＦパワーレベルで、１以上のオルガノシリコン化合物と酸化ガスを反応させ、炭素を含む誘電体層を堆積する工程を備えるプロセスを選択するためのコンピュータ読取り可能プログラムコードを備えたコンピュータ使用可能媒体からなるメモリと、を備え、
    前記誘電体層は、２．５ないし３．０の誘電率を有する、基板処理システム。
  8. デュアルダマシン構造を堆積するためのコンピュータ読取り可能プログラムコードをさらに備える請求項７に記載の基板処理システム。
  9. 反応ゾーン、前記反応ゾーンに基板を位置付ける基板ホルダ、および真空システムを備える容器と、
    前記容器の反応ゾーンを、１以上のオルガノシリコン化合物と酸化ガスの供給源に結合するガス分配システムと、
    前記反応ゾーンをオルガノシリコン化合物の供給源に結合するマイクロ波チャンバと、
    前記反応ゾーンにプラズマを発生するためのガス分配システムに静電結合されたＲＦ発生器と、
    前記容器、前記ガス分配システム、および前記ＲＦ発生器を制御するためのコンピュータを備えるコントローラと、
    前記コントローラに結合されるメモリであって、１０Ｗから２００Ｗの一定ＲＦパワーレベルか、または２０Ｗから５００ＷのパルスＲＦパワーレベルで、オルガノシリコン化合物と酸化ガスからなるプロセスガスから炭素含有の誘電体層を堆積する工程を含むプロセスを選択するためのコンピュータ読取り可能プログラムコードを備えたコンピュータ使用可能媒体からなるメモリと
    を備え、
    前記誘電体層は、２．５ないし３．０の誘電率を有する、基板処理システム。
  10. オルガノシリコン化合物からなるプロセスガスから、誘電体層上にギャップ充填層を堆積し、前記ギャップ充填層上にキャップ層を堆積するためのコンピュータ読取り可能なプログラムコードをさらに備える請求項９に記載のシステム。
  11. １以上のオルガノシリコン化合物と酸化ガスを反応させることによって、基板上に２０原子量％よりも多い炭素含有量を有するバイアレベルの誘電体膜を堆積させる工程と、
    バイアを形成するために、前記バイアレベルの誘電体膜をパターンエッチングする工程と、
    前記バイアレベルの誘電体膜上に、１０原子量％よりも少ない炭素含有量を有するトレンチレベルの誘電体膜を堆積する工程と、
    水平方向の配線を形成するために、前記トレンチレベルの誘電体膜をパターンエッチングする工程と
    を含むデュアルダマシン構造の形成方法。
  12. 酸化ガスが、オルガノシリコン化合物と混合する前に解離される請求項１１に記載の処理方法。
  13. １以上の垂直方向の配線を含む第１の誘電体層と、
    前記第１の誘電体層に接触し、１以上の水平方向の配線を画定する第２の誘電体層を備え、
    前記第１の誘電体層と第２の誘電体層とは、シリコンと炭素を含み、それぞれ２．５ないし３．０の誘電率を有している、デュアルダマシン構造。
  14. 第１および第２の誘電体層の誘電率が異なる請求項１３に記載の構造。
  15. 第１の誘電体層が、２０原子量％よりも多い炭素含有量を有する酸化オルガノシリコン化合物からなる請求項１４に記載の構造。
  16. 第２の誘電体層が、１０原子量％よりも少ない炭素含有量を有する酸化オルガノシリコン化合物からなる請求項１５に記載の構造。
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